去年Nat. Nanotech.，今年Nat. Biomed. Eng.：程柯团队与新冠疫苗杠上了

更加理想的新冠疫苗

随着人们对新冠研究的深入，目前已经有至少36款疫苗被全世界各国批准使用。这其中，大多数产品都需要通过肌肉注射以产生可进行血液中循环的抗体，但并不是所有产品都能引起有效的黏膜免疫反应。而对于急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2，即新冠病毒）来说，其传播主要通过呼吸道飞沫进行，并且呼吸道黏膜是病毒进入的主要途径，因此不理想的黏膜免疫很大程度上可能会限制肌肉注射的效用。此外，一些疫苗的运输和长期储存条件需要苛刻的低温环境（常用的辉瑞/BioNTech和Moderna公司生产的信使RNA疫苗就是这种情况），并不利于疫苗接种普及化。因此，研究人员期望开发一种更加理想的疫苗，不仅采取更友好的接种方式（如非侵入性和无针给药），还能够有效刺激黏膜免疫，甚至可冻干并在室温下稳定保存数月。

目前新冠疫苗接种主要依靠肌肉注射的方式（来源：网络）

吸入式新冠疗法登上Nature大子刊

2021年，北卡罗来纳州立大学程柯教授团队在Nat. Nanotech.上发表文章，证明了来源于人肺球状细胞（LSC）的血管紧张素转化酶2（ACE2）纳米诱饵（nanodecoys）可以结合和中和SARS-CoV-2，从而保护宿主肺细胞免受感染。在该研究中，作者就采用了吸入方法将纳米诱饵递送到肺部，这些材料可在肺部停留超过72小时，并加速病毒的清除并减少肺部损伤的程度（ Nat. Nanotechnol.16, 942–951 (2021)）。

基于外泌体的可吸入新冠疫苗

而就在近期，北卡罗来纳州立大学程柯教授和李振华副教授等人发表了最新的工作，设计了一种可作为新冠病毒疫苗的可吸入病毒样颗粒，并对其进行了临床前测试。该疫苗通过将肺源性外泌体与重组SARS-CoV-2受体结合域（RBD）结合进行制备，可在冻干后于室温下稳定三个月以上。研究显示，外泌体可增强RBD在呼吸道黏液层和肺实质中的停留。而在小鼠实验中，该疫苗可在肺部诱发RBD特异性IgG抗体、粘膜IgA应答和具有Th1样细胞因子表达谱的CD 4+/CD 8+T细胞，从而清除SARS-CoV-2假病毒。进一步实验显示，两剂疫苗吸入可以减轻严重肺炎，并减少感染SARS-CoV-2活病毒后的炎症浸润情况。因此，研究认为可吸入和室温稳定的病毒样颗粒有望推动新型疫苗的发展。相关文章以“Exosomes decorated with a recombinant SARS-CoV-2 receptor-binding domain as an inhalable COVID-19 vaccine”为题发表在Nature Biomedical Engineering。

【文章要点】

一、受体结合域和LSC外泌体

SARS-CoV和SARS-CoV-2棘突蛋白S1亚单位中的受体结合域（RBD）与宿主气道上皮ACE2受体结合，然后通过S2亚单位融合病毒和宿主膜，使RBD成为中和抗体和疫苗的特异性靶点。相关研究已经表明，RBD还能够阻断SARS-CoV-2和SARS-CoV进入表达ACE2的宿主细胞，表明其具有作为病毒附着抑制剂的潜力。然而，单用RBD不能实现特定的靶向给药，也不能避免其降解或快速清除。为了实现RBD的作用，必须依赖可优化抗原递呈细胞剂量的药物载体进行保护。在众多药物载体中，病毒样颗粒（VLP）和纳米颗粒（NPs）展现出了强大的药物递送能力。这其中，外泌体作为一种天然产生的细胞外囊泡，有望实现药物靶向递送的功能。本研究更是发现，与经典的脂质纳米颗粒相比，LSC衍生的外泌体（LSC-Exo）在吸入肺部后可更好地停留在肺部，同时抗原递呈细胞（APCs）对于外泌体的摄取也较脂质体更多（图1）。因此，研究选择外泌体作为药物递送VLPs的主体骨架。

图1LSC外泌体的肺部分布情况

二、RBD-Exo VLPs

为了合成RBD-Exo VLPs，研究将RBD抗原与DSPE-PEG-NHS偶联以形成RBD-PEG-DSPE。RBD-PEG-DSPE则进一步偶联在LSC-Exo表面，从而形成病毒样颗粒。稳定性实验证明，RBD-Exo VLPs被冻干室温储存3个月后依然可以再水后恢复原本的形貌和结构。与新鲜RBD-Exo VLPs裂解产物相比，RBD-Exo VLPs裂解产物在6个月之后对ACE2依然表现出了相似的结合活性，说明RBD-Exo中的RBD具有构象完整性（图2）。因此，这些数据均表明RBD-Exo在所有测试温度下都具有较高的物理和抗原稳定性，优于其他已经批准的疫苗。

图2RBD-Exo的表征及其稳定性

三、激活免疫

动物实验显示，这些VLPs可触发产生大量RBD特异性IgG和IgA以中和SARS-CoV-2。通过吸入RBD-Exo进行接种不仅可以产生体液和细胞免疫应答以保护小鼠不受SARS-CoV-2类似物和活SARS-CoV-2感染，还能在肺部产生CD 4+/CD 8+T细胞保护肺部不受气道黏膜中的病毒侵袭（图3）。研究介绍道，与肌内疫苗相比，吸入式疫苗提供了两层额外的保护：疫苗诱导的IgA和呼吸道黏膜中的驻留T细胞，为病毒进入和传播提供有效屏障；而交叉反应性驻留T细胞则可以阻碍病毒复制，减少病毒脱落和传染。更重要的是，与肌肉注射相比，通过吸入途径进行的黏膜接种有可能在呼吸道中产生杀菌免疫，更适合对抗新出现的变异，并阻止病毒传播。

图3吸入RBD-Exo VLPs可诱导SARS-CoV-2中和并保护肺部

结论:最后，作者也指出上述研究所提出的策略仍然存在一些必须解决的挑战。首先，外泌体的大规模生产和纯化目前来说还比较困难。外泌体的载药能力和表面配体都会因批次不同而不同。由于NHS酯在水溶液条件下不稳定，DSPE-PEG-NHS与RBD的连接将与反应缓冲液中的酯水解相互竞争，从而影响结合产率；DSPE-PEG-NHS和RBD之间的空间位阻效应也会进一步限制结合效率。此外，吸入式疫苗通常不推荐用于有基线呼吸道并发症的人群。尽管如此，室温稳定和可吸入的疫苗，如RBD-Exo，依然是一种极具前景的候选疫苗，值得进一步的研究和开发。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41551-022-00902-5

来源：高分子科学前沿

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